能源是人类社会赖以生存的物质基础,是现代社会发展和国民经济繁荣的最基本驱动力。传统的能源体系以不可再生的化石燃料为主,随着人类社会的迅猛发展,与日俱增的能源消耗及其过度使用引发的环境问题已成为制约人类社会可持续和谐快速发展的瓶颈性难题,发展高效的清洁可再生能源技术刻不容缓。可再生能源技术一方面涵盖自然界丰富的清洁可再生能源的开发与利用,另一方面依赖于高效、规模化的储能技术。MXene是一种类石墨烯结构的新型二维过渡金属碳/氮/碳氮化物材料,其自身具有超高导电率、超强亲水性、离子可插层性和丰富的表面官能团,并兼具超高机械强度和化学稳定性,被视为电化学能源存储与转化领域的新星材料。本文基于高导电性、富含表面基团的二维MXene纳米片,实现了抗团聚、抗堆叠多孔三维自支撑MXene气凝胶的构筑及其结构性质的精细调控。以三维MXene气凝胶为电极材料,基于电容混合技术实现了海洋盐差能的提取及其向电能的高效转化;基于与纳米Li₂S的化学耦合实现了高能量密度、高安全性新型锂二次电池的创制,论文内容如下:（1）以活性多功能小分子乙二胺作为还原剂和交联剂,通过水热技术制备了抗团聚、具有多级孔道结构的三维多孔MXene/石墨烯复合气凝胶。基于MXene与硫化锂（Li₂S）之间的化学耦合作用,将Li₂S纳米颗粒均匀负载于三维MXene气凝胶表面,结合MXene气凝胶的物理限域和化学吸附双重机制高效抑制多硫化物的溶解扩散与流失,通过电化学催化作用降低Li₂S活化与分解能垒,加速锂硫氧化还原反应动力学,创制了高负载量、高面容量锂硫电池正极。其Li₂S负载量可达3.0-9.0 mg cm^-2,在0.2-2.0C倍率下,可逆比容量达550-720 mAh g^-1,且循环稳定性优异。Li₂S负载量为9.0 mg cm^-2时,电极单位面积比容量可达5.04 mAh cm^-2。将之与高比容量纳米氧化铁负极材料相匹配创制的无金属锂二次电池比容量为436 mAh g^-1,比能量达350 Wh kg^-1。（2）基于冰模板定向铸造技术,以冰晶晶畴间压力为驱动力,实现了MXene的三维物理搭接及取向性三维MXene气凝胶的可控构筑与表面化学性质调控。此类三维MXene气凝胶具有丰富有序的孔道结构、稳定的孔壁结构与高导电性,在强化电极中离子电子传输性能的同时,其表面存在的丰富负电性基团亦显著提高了电极的浓差响应电压。基于此类MXene三维气凝胶与阴离子交换膜构筑的浓差电容器用于盐差发电时,其浓差响应电压达304 mV,短路峰电流达47 A m^-2,平均功率密度达650 mW m^-2。